上帝粒子的回信:

  預備知識-大霹靂、質量、物理定律。只要知道這三個物理名詞的意義,您應該就可以認識上帝粒子。(希望)

 

電腦模擬繪製的希格斯玻色子出現事件

【電腦模擬繪製的希格斯玻色子出現事件】

 

  上帝粒子(The God Particle),物理學上稱「希格斯玻色子(Higgs Boson)」,為構成宇宙基本粒子(Elementary Particle)當中的一個,負責構成「質量(Matter)」。質量雖然和重量(Weight)不太一樣,但基本上您還是可以把質量看成重量,如此,我們就對上帝粒子的「重」要性有了概念。

 


 

  物理學說宇宙有四大基本作用力(Fundamental Interaction):強力(Strong Interaction)、弱力(Weak Interaction)、電磁力(Electromagnetic Interaction)、重力(Gravitational Interaction)。以目前的理論模型,在「大霹靂(Big Bang)」時的高能高溫下,弱力和電磁力是相等的,呈現完美對稱(Symmetry)。根據這個模型,所有的玻色子應該都沒有質量,但在現今宇宙中,有些玻色子卻擁有質量,如電磁力的載體「光子」沒有質量,但弱力的載體「W粒子」卻有質量80.4GeV/C2這導致了弱力和電磁力的不同表象。

 

  所以,我們現今所要探討的重點在於,為什麼原本相等的弱力和電磁力變成不相等?它們的對稱性為什麼被破壞了?

 

Peter Higgs創建希格斯粒子理論

Peter Higgs創建希格斯粒子理論】

 

  物理學家Peter Higgs說:「漂亮的理論出現很醜惡的結果」,也就是所謂的「自發性對稱破壞(Spontaneous Symmetry Breaking)」,這個觀念的基本原則為「對稱問題也會出現不對稱的解答」。簡單來說,以大霹靂為開始的高能宇宙基礎是對稱的,但降溫後,低能量的狀況會讓對稱性隱匿不現,也就是我們現今的「低能」宇宙。

 

  是什麼破壞了對稱呢?Peter Higgs採用一種叫做「希格斯場(Higgs Field)」的機制來說明。

 

  希格斯場會穿透一切空間與其他量子場互動,這決定了所有基本粒子的性質,而構成希格斯場的東西,就是「上帝粒子」。簡單來說,上帝粒子,就是物質的質量來源。當其他的基本粒子,在上帝粒子所構成的希格斯場中游弋時,受到作用影響產生慣性,因而有了質量。

 

基本粒子標準模型

【基本粒子標準模型】 

 

  那麼,是什麼樣的作用機制,讓希格斯場影響了其他的基本粒子呢?

 

  當宇宙從大霹靂的高能狀態開始降溫,轉變成低能量狀態後,這樣幾乎瞬間又巨大的能量落差,改變了希格斯場的相,也就是造成「相變(Phase Transition)」。以水的相變為例,當水從液體變成固體的冰,水分子被固定束縛住,喪失了在液相時的自由走向。水分子結成了冰,不同方向的意義也不再相同,於是,「對稱」就被破壞了。

 

  類比上述想法,當宇宙從大霹靂誕生之初後,瞬間由高能轉變成低能狀態的過程,也可看作是一種「相變」。簡單來說,相變會造成希格斯場的「凍結」,對稱性被破壞了,因而造成現在我們所觀測到的「質量」現象。反過來思考,如果能夠「融化」凍結的希格斯場,就能短暫恢復弱力和電磁力的玻色子,在質量上的對稱性。若能設計實驗恢復這樣的對稱性,也就能證明上帝粒子的存在。

 

大型強子對撞機LHC

【大型強子對撞機LHC

 

  於是,能產生巨大能量的粒子加速器「大型強子對撞機(Large Hadron Collider;LHC)」實驗就被規劃設計建造出來,LHC隸屬歐洲核子研究組織(CERN),位於瑞士首都日內瓦近郊的瑞士與法國交界的地下隧道內,其加速器圓周長達27公里。西元2010年三月,LHC開始運作實驗與分析數據。LHC若能證實希格斯粒子存在,除了再次證明「大霹靂」宇宙模型正確,又或可解答宇宙中未知的「黑暗能量(Dark Energy)」之謎。

 

LHC Tunnel 

【LHC Tunnel】

 

  西元2013年三月14日,CERN公開宣布確認了希格斯粒子的存在。

 


 

  追尋上帝粒子,其實還懷有更深層次的哲學意義:物理定律(Physical Law)或許會隨著宇宙膨脹和冷卻而「變化」。於是,物理定律將不再是「定律」了。

 

  物理定律,到底是否如天神般,以一種居高臨下的姿態,置身事外,操縱著我們的宇宙法則?又尤甚者,物理定律其實也包含在我們居住的宇宙裡,隨著宇宙演化而演變?這樣的觀念,除了將帶來近代宇宙學與物理學的革命,也會撼動人類根深蒂固的信仰與價值觀,這或許就是上帝粒子叫做「上帝粒子」的原因吧。

 

  「還是比較喜歡Champagne Bottle Boson當作我的名字啦,香檳瓶子,酒香餘韻繚繞。但不論如何,總比Goddamn Particle好太多了。」

上帝粒子留筆

 

 

 

 

 

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